吸附于石墨表面的氦-4第二层的路径积分蒙特卡罗模拟

我们开发了一种用于模拟氦膜的路径积分蒙特卡罗方法，并将其应用于吸附在石墨上的第二层氦。我们使用的氦-氦与氦-石墨相互作用来源于能够真实描述原子间相互作用的势。蒙特卡罗抽样同时涵盖了粒子位置与粒子标签的置换。根据粒子构型与静态结构因子计算，我们发现该层按密度递增的顺序依次具有：超流液相、相对于第一层形成公度的 $\sqrt{7} \times \sqrt{7}$ 公度固相，以及非公度固相。通过对低温总能量随覆盖度的依赖关系应用Maxwell构图法，我们确定了各相之间的共存区域。由此，我们推导出有效零温相图。我们的相界与热容与扭转振荡器测量结果一致，并表明实验上观察到的超流相破坏是由公度相的生长引起的。我们进一步观察到，超流相的相变温度与二维情形的数值一致。当密度高于0.212 atom/A^2时发生向第三层的跃迁，这与实验吻合良好。最后，我们计算了各相的比热，并获得了与实验总体一致的温度峰值。